அலுமினியம் ஒரு அறிமுகம்
அலுமினியம் (Al) என்பது வெள்ளி போன்ற வெள்ளை நிறமுடைய, எடை குறைந்த உலோகம் ஆகும். இது பூமியின் மேலோட்டில் மிகவும் அதிகமாகக் காணப்படும் உலோகத் தனிமம் ஆகும். அதன் குறைந்த அடர்த்தி, அதிக வலிமை-எடை விகிதம், சிறந்த மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்புத்திறன் ஆகியவற்றால் இது பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதன் அணு அமைப்பு இந்த பண்புகளைத் தீர்மானிக்கிறது.
அணு எண் மற்றும் நிறை எண்
ஒரு தனிமத்தின் அணு எண் (Z) அதன் தனித்துவத்தை வரையறுக்கிறது. அலுமினியத்திற்கு, அணு எண் 13 ஆகும். இந்த எண் அலுமினிய அணுவின் கருவில் காணப்படும் புரோட்டான்களின் மொத்த எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது.
ஒரு அணுவின் நிறை எண் (A) என்பது அதன் கருவில் உள்ள புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் மொத்த எண்ணிக்கையாகும். அலுமினியத்தின் பல ஐசோடோப்புகள் இருந்தாலும், மிகவும் பொதுவான மற்றும் நிலையான ஐசோடோப் அலுமினியம்-27 ஆகும். எனவே, அதன் நிறை எண் தோராயமாக 27 ஆகும்.
அலுமினியத்தில் உள்ள துணை அணுத் துகள்கள்
ஒரு நடுநிலை அலுமினிய அணுவில் குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கையிலான புரோட்டான்கள், நியூட்ரான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.
புரோட்டான்கள்
ஒரு அலுமினிய அணுவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை அதன் அணு எண்ணால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. அலுமினியத்தின் அணு எண் (Z) 13 என்பதால், ஒரு அலுமினிய அணுவின் கருவில் 13 புரோட்டான்கள் உள்ளன. புரோட்டான்கள் நேர்மறை மின்சுமையைக் கொண்டுள்ளன.
நியூட்ரான்கள்
நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை நிறை எண்ணிலிருந்து அணு எண்ணைக் கழிப்பதன் மூலம் கணக்கிடலாம். மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பான அலுமினியம்-27 க்கு:
நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = நிறை எண் (A) - அணு எண் (Z) நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை = 27 - 13 = 14 நியூட்ரான்கள்.
நியூட்ரான்கள் கருவின் உள்ளே காணப்படும் மின்சுமையற்ற துகள்கள் ஆகும்.
எலக்ட்ரான்கள்
ஒரு நடுநிலை அணுவில், எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமம். ஒரு அலுமினிய அணுவில் 13 புரோட்டான்கள் இருப்பதால், அது 13 எலக்ட்ரான்களையும் கொண்டுள்ளது. எலக்ட்ரான்கள் கருவைச் சுற்றி வருகின்றன மற்றும் எதிர்மறை மின்சுமையைக் கொண்டுள்ளன, புரோட்டான்களின் நேர்மறை மின்சுமையை சமன் செய்கின்றன.
அலுமினியத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு
எலக்ட்ரான் அமைப்பு என்பது ஒரு அணுவின் ஆற்றல் மட்டங்களில் அல்லது கருவைச் சுற்றியுள்ள கூடுகளில் எலக்ட்ரான்கள் வரிசைப்படுத்தப்பட்ட விதத்தை விவரிக்கிறது.
கூடு மாதிரி (Shell Model)
போர் மாதிரியில் அல்லது கூடு மாதிரியில், எலக்ட்ரான்கள் தனித்தனி ஆற்றல் மட்டங்களில் ஆக்கிரமித்துள்ளன, அவை பெரும்பாலும் K, L, M, N என லேபிளிடப்பட்டுள்ளன.
- முதல் கூடு (K கூடு) அதிகபட்சம் 2 எலக்ட்ரான்களைக் கொள்ள முடியும்.
- இரண்டாவது கூடு (L கூடு) அதிகபட்சம் 8 எலக்ட்ரான்களைக் கொள்ள முடியும்.
- மூன்றாவது கூடு (M கூடு) அதிகபட்சம் 18 எலக்ட்ரான்களைக் கொள்ள முடியும்.
அலுமினியத்திற்கு (13 எலக்ட்ரான்கள்):
- K கூடு: 2 எலக்ட்ரான்கள்
- L கூடு: 8 எலக்ட்ரான்கள்
- M கூடு: 3 எலக்ட்ரான்கள்
கூடுகளில் எலக்ட்ரான் விநியோகம் 2, 8, 3 ஆகும்.
ஆர்பிட்டால் குறியீடு (Orbital Notation)
மேலும் விரிவான ஆர்பிட்டால் குறியீடு, ஒவ்வொரு முக்கிய ஆற்றல் மட்டத்திலும் துணைக்கூடுகளில் (s, p, d, f) எலக்ட்ரான்களின் வரிசையை விவரிக்கிறது.
- 1வது ஆற்றல் நிலை (n=1): 1s துணைக்கூட்டை மட்டுமே கொண்டுள்ளது.
- 2வது ஆற்றல் நிலை (n=2): 2s மற்றும் 2p துணைக்கூடுகளைக் கொண்டுள்ளது.
- 3வது ஆற்றல் நிலை (n=3): 3s, 3p மற்றும் 3d துணைக்கூடுகளைக் கொண்டுள்ளது.
ஆஃபா கோட்பாடு (Aufbau principle) மற்றும் ஹண்ட்ஸ் விதி (Hund’s rule) ஆகியவற்றைப் பின்பற்றி, அலுமினியத்தின் 13 எலக்ட்ரான்கள் பின்வருமாறு வரிசைப்படுத்தப்பட்டுள்ளன:
- 1s² (1s ஆர்பிட்டாலில் 2 எலக்ட்ரான்கள்)
- 2s² (2s ஆர்பிட்டாலில் 2 எலக்ட்ரான்கள்)
- 2p⁶ (2p ஆர்பிட்டால்களில் 6 எலக்ட்ரான்கள்)
- 3s² (3s ஆர்பிட்டாலில் 2 எலக்ட்ரான்கள்)
- 3p¹ (3p ஆர்பிட்டாலில் 1 எலக்ட்ரான்)
ஆகவே, அலுமினியத்தின் முழுமையான எலக்ட்ரான் அமைப்பு ஆர்பிட்டால் குறியீட்டில் 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ ஆகும்.
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்
இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் என்பவை ஒரு அணுவின் வெளிப்புற ஆக்கிரமிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான் கூட்டில் அமைந்துள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகும். இந்த எலக்ட்ரான்கள் முக்கியமாக வேதியியல் பிணைப்பில் ஈடுபட்டுள்ளன.
அலுமினியத்தைப் பொறுத்தவரை, வெளிப்புற ஆக்கிரமிக்கப்பட்ட கூடு மூன்றாவது ஆற்றல் மட்டம் (n=3) ஆகும். இந்த கூட்டில், 3s துணைக்கூட்டில் 2 எலக்ட்ரான்களும், 3p துணைக்கூட்டில் 1 எலக்ட்ரானும் உள்ளன.
மொத்த இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் = 2 (3s இலிருந்து) + 1 (3p இலிருந்து) = 3 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்.
இந்த 3 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் அலுமினியத்திற்கு அதன் சிறப்பியல்பு வேதியியல் வினைத்திறனை அளிக்கின்றன, ஏனெனில் இது இந்த எலக்ட்ரான்களை இழந்து +3 மின்னூட்டத்துடன் (Al³⁺) ஒரு நிலையான நேர்மின் அயனியை (cation) உருவாக்கும் தன்மை கொண்டது.
இந்தியாவில் கிடைக்கும் மற்றும் பயன்பாடுகள்
அலுமினியம் பிரித்தெடுக்கப்படும் முக்கிய தாதுவான பாக்சைட்டை உற்பத்தி செய்யும் நாடுகளில் இந்தியா உலகிலேயே முதன்மையான ஒன்றாகும். ஒடிசா, ஆந்திரப் பிரதேசம், குஜராத், ஜார்க்கண்ட் மற்றும் சத்தீஸ்கர் போன்ற மாநிலங்களில் குறிப்பிடத்தக்க பாக்சைட் படிவுகள் காணப்படுகின்றன. இந்த வளமான வளம் நாட்டின் செழிப்பான அலுமினியத் தொழிலுக்கு ஆதரவாக உள்ளது. சமையல் பாத்திரங்கள் தயாரிப்பதிலும், மின்சார கடத்து கம்பிகள் மற்றும் கேபிள்களிலும், ஜன்னல் சட்டங்கள் மற்றும் கூரை அமைப்புகள் போன்ற கட்டுமானப் பொருட்களிலும், மேலும் அதன் எடை குறைந்த தன்மை காரணமாக வாகன மற்றும் விண்வெளித் தொழில்களில் உள்ள பாகங்களிலும் அலுமினிய உலோகம் இந்தியாவில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.